Nel mondo che ci circonda, un'enorme varietà di diversi fenomeni e processi fisici si verificano costantemente e continuamente. Uno dei più importanti è il processo di evaporazione. Ci sono diversi prerequisiti per questo fenomeno. In questo articolo, analizzeremo ciascuno di essi in modo più dettagliato.
Cos'è l'evaporazione?
Questo è il processo di conversione delle sostanze in uno stato gassoso o vaporoso. È tipico solo per sostanze di consistenza liquida. Tuttavia, qualcosa di simile si osserva nei solidi, solo questo fenomeno è chiamato sublimazione. Questo può essere visto da un'attenta osservazione dei corpi. Ad esempio, una saponetta si asciuga nel tempo e inizia a rompersi, ciò è dovuto al fatto che le goccioline d'acqua nella sua composizione evaporano e passano allo stato gassoso H2O.
Definizione in fisica
L'evaporazione è un processo endotermico in cui la fonte di energia assorbita è il calore di transizione di fase. Include due componenti:
- una certa quantità di calore necessaria per vincere le forze molecolari di attrazione quando c'è una rottura tra le molecole collegate;
- calore richiesto per il lavoro di espansione delle molecole nel processo di conversione di sostanze liquide in vapore o gas.
Come sta succedendo?
Il passaggio di una sostanza da uno stato liquido a uno gassoso può avvenire in due modi:
- L'evaporazione è un processo in cui le molecole fuoriescono dalla superficie di una sostanza liquida.
- L'ebollizione è il processo di vaporizzazione di un liquido portando la temperatura al calore specifico di ebollizione di una sostanza.
Nonostante il fatto che entrambi questi fenomeni trasformino una sostanza liquida in un gas, ci sono differenze significative tra loro. L'ebollizione è un processo attivo che si verifica solo a una certa temperatura, mentre l'evaporazione avviene in qualsiasi condizione. Un' altra differenza è che l'ebollizione è caratteristica dell'intero spessore del liquido, mentre il secondo fenomeno si verifica solo sulla superficie delle sostanze liquide.
Teoria cinetica molecolare dell'evaporazione
Se consideriamo questo processo a livello molecolare, allora avviene come segue:
- Le molecole nelle sostanze liquide sono in costante movimento caotico, hanno tutte velocità completamente diverse. Nel frattempo, le particelle sono attratte l'una dall' altra a causa delle forze di attrazione. Ogni volta che si scontrano tra loro, le loro velocità cambiano. Ad un certo punto, alcuni sviluppano velocità molto elevate, consentendo loro di superare le forze di gravità.
- Questi elementi, apparsi sulla superficie del liquido, hanno una tale energia cinetica da essere in grado di superarelegami intermolecolari e lasciare il liquido.
- Sono queste molecole molto veloci che volano fuori dalla superficie di una sostanza liquida e questo processo avviene costantemente e continuamente.
- Una volta in aria, si trasformano in vapore - questo si chiama vaporizzazione.
- Di conseguenza, l'energia cinetica media delle particelle rimanenti diventa sempre più piccola. Questo spiega il raffreddamento del liquido. Ricorda come durante l'infanzia ci è stato insegnato a soffiare su un liquido caldo in modo che si raffreddi più velocemente. Si scopre che abbiamo accelerato il processo di evaporazione dell'acqua e la temperatura è scesa molto più velocemente.
Da quali fattori dipende?
Ci sono molte condizioni necessarie affinché questo processo avvenga. Proviene da ogni parte dove sono presenti particelle d'acqua: si tratta di laghi, mari, fiumi, tutti gli oggetti bagnati, le coperture dei corpi di animali e persone, oltre alle foglie delle piante. Si può concludere che l'evaporazione è un processo molto significativo e indispensabile per il mondo circostante e per tutti gli esseri viventi.
Ecco i fattori che influenzano questo fenomeno:
- La velocità di evaporazione dipende direttamente dalla composizione del liquido stesso. È noto che ognuno di essi ha le sue caratteristiche. Ad esempio, quelle sostanze in cui il calore di vaporizzazione è inferiore verranno convertite più velocemente. Confrontiamo due processi: l'evaporazione dell'alcol e l'acqua ordinaria. Nel primo caso la conversione allo stato gassoso avviene più velocemente, perché il calore specifico di vaporizzazione e condensazione per l'alcool è 837 kJ/kg, e per l'acqua quasi tre volte altro - 2260 kJ/kg.
- La velocità dipende anche dalla temperatura iniziale del liquido: più è alta, più veloce si forma il vapore. Ad esempio, prendiamo un bicchiere d'acqua, quando c'è acqua bollente all'interno del recipiente, quindi la vaporizzazione avviene a una velocità molto più alta rispetto a quando la temperatura dell'acqua è più bassa.
- Un altro fattore che determina la velocità di questo processo è la superficie del liquido. Ricorda che la zuppa calda si raffredda più velocemente in una ciotola di grande diametro che in un piattino piccolo.
- La velocità di distribuzione delle sostanze nell'aria determina in gran parte la velocità di evaporazione, ovvero, più si verifica una diffusione più rapida, più si verifica una vaporizzazione più rapida. Ad esempio, con forti venti, le goccioline d'acqua evaporano più velocemente dalla superficie di laghi, fiumi e bacini artificiali.
- Anche la temperatura dell'aria nella stanza gioca un ruolo importante. Ne parleremo di più di seguito.
Qual è il ruolo dell'umidità dell'aria?
A causa del fatto che il processo di evaporazione avviene dappertutto continuamente e costantemente, ci sono sempre particelle d'acqua nell'aria. In forma molecolare, sembrano un gruppo di elementi H2O. I liquidi possono evaporare a seconda del volume di vapore acqueo nell'atmosfera, questo coefficiente è chiamato umidità dell'aria. È disponibile in due tipi:
- L'umidità relativa è il rapporto tra la quantità di vapore acqueo nell'aria e la densità del vapore saturo alla stessa temperatura in percentuale. Ad esempio, indica un punteggio del 100%.che l'atmosfera è completamente satura di molecole di H2O.
- L'assoluto caratterizza la densità del vapore acqueo nell'aria, indicata dalla lettera f e mostra quante molecole d'acqua sono contenute in 1m3 aria.
Il collegamento tra il processo di evaporazione e l'umidità dell'aria può essere determinato come segue. Minore è l'umidità relativa dell'aria, più rapida sarà l'evaporazione dalla superficie terrestre e da altri oggetti.
Evaporazione di varie sostanze
In diverse sostanze, questo processo procede in modo diverso. Ad esempio, l'alcol evapora più velocemente di molti liquidi a causa del suo basso calore specifico di vaporizzazione. Spesso tali sostanze liquide sono chiamate volatili, perché il vapore acqueo evapora letteralmente da esse a quasi tutte le temperature.
L'alcol può anche evaporare anche a temperatura ambiente. Nel processo di preparazione del vino o della vodka, l'alcol viene spinto attraverso il chiaro di luna, raggiungendo solo il punto di ebollizione, che è approssimativamente uguale a 78 gradi. Tuttavia, la temperatura di evaporazione effettiva dell'alcol sarà leggermente superiore, perché nel prodotto originale (ad esempio, il mosto) è una combinazione con vari oli aromatici e acqua.
Condensazione e sublimazione
Il seguente fenomeno può essere osservato ogni volta che l'acqua bolle nel bollitore. Si noti che quando l'acqua bolle, passa da uno stato liquido a uno stato gassoso. Succede in questo modo: un getto caldo di vapore acqueo convola fuori dal bollitore attraverso il suo beccuccio ad alta velocità. In questo caso, il vapore formato non è visibile direttamente all'uscita del beccuccio, ma a breve distanza da esso. Questo processo è chiamato condensazione, cioè il vapore acqueo si addensa a tal punto da diventare visibile ai nostri occhi.
L'evaporazione di un solido si chiama sublimazione. Allo stesso tempo, passano dallo stato di aggregazione allo stato gassoso, bypassando lo stadio liquido. Il caso più famoso di sublimazione è associato ai cristalli di ghiaccio. Nella sua forma originaria il ghiaccio è un solido; a temperature superiori a 0°C inizia a sciogliersi assumendo uno stato liquido. Tuttavia, in alcuni casi, a temperature negative, il ghiaccio passa sotto forma di vapore, bypassando la fase liquida.
Effetto dell'evaporazione sul corpo umano
Grazie all'evaporazione, nel nostro corpo avviene la termoregolazione. Questo processo avviene attraverso un sistema di autoraffreddamento. In una calda giornata afosa, una persona impegnata in un certo lavoro fisico diventa molto calda. Ciò significa che aumenta l'energia interna. E come sapete, a temperature superiori a 42° le proteine nel sangue umano iniziano a coagulare, se questo processo non viene interrotto in tempo, porterà alla morte.
Il sistema di autoraffreddamento è progettato proprio in modo da regolare la temperatura per la vita normale. Quando la temperatura diventa la massima consentita, la sudorazione attiva inizia attraverso i pori della pelle. E poi dalla superficie della pelle si verificaevaporazione, che assorbe l'energia corporea in eccesso. In altre parole, l'evaporazione è un processo che contribuisce al raffreddamento del corpo a uno stato normale.
